铝合金半连续铸造过程是一个复杂的动态凝固过程,各种铸造缺陷如晶粒粗大、裂纹和组织、成份偏析等。其中宏观偏析是一种不可逆的缺陷,并且不能在后续的热处理中消除。因此,如何控制铸造凝固过程中的宏观偏析,对提高铝合金产品的质量有着重要意义。本文以AA7050铝合金为研究对象。在研究传统铝合金半连续铸造过程中多物理场相互作用的基础上,创建了同时适合传统DC铸造以及气刀半连续铸造和低频电磁铸造的多物理场相互作用相互耦合的数学模型。该模型很好地描述了在铸造过程中电磁场、熔体流动、热量传输、合金凝固和溶质传输,并且在商业有限元软件ANSYS和CFD软件FLUENT中得到了实现。利用这个数学模型模拟了直径为Φ300mm圆铸锭的DC铸造、低频电磁半连续铸造、气刀半连续铸造和电磁-气刀半连续铸造过程,并且将模拟获得的铸造过程的冷却曲线以及元素的偏析值曲线,与测量的结果进行了比较,结果发现均吻合很好。利用这个数学模型,研究了冶金学参数—搭接固相率、扩散系数、渗透率和浮游晶对半连续铸造过程宏观偏析的影响,计算结果显示:减小临界固相率、浮游晶直径和渗透率以及提高扩散系数,都能使铸锭中宏观偏析减弱;另外,本文还研究了铸造速度、气刀位置、电磁场强度以及气刀-电磁场共同作用时对铸锭宏观偏析的影响规律,其规律为:铸造速度减小,铸锭中的宏观偏析减弱;施加电磁场,铸锭的中心负偏析减弱;且电磁场强度增加,铸锭中心负偏析减弱;施加气刀,铸锭中的宏观偏析加重,且随气刀位置上移,铸锭宏观偏析程度增大;电磁场和气刀同时施加时,相对气刀半连续铸造,宏观偏析显著减轻,且随电磁场强度增加,宏观偏析减弱。实验研究了 DC铸造、低频电磁铸造、气DC铸造以及电磁—气刀DC铸造,获得的铸锭微观组织对比,发现施加电磁场后微观组织为细小等轴晶,且非常组织均匀,相对于DC铸造明显细化;单独施加气刀时金相组织为粗大的枝晶;电磁—气刀DC铸造相对于气刀DC铸造,枝晶形貌退化,且成蔷薇状,尺寸明显细化。